一种具有整流的碳化硅JFET栅结构的制备方法技术

本发明专利技术涉及是一种具有整流作用的碳化硅JFET栅结构的制备方法，包括：1）在第一导电类型衬底上生长第一导电类型层；2）形成PN结；3）通过欧姆退火实现源极和漏极欧姆接触；4）通过整流栅极接触退火间形成整流栅接触。优点：与常规碳化硅JFET栅结构相比具有可控栅电压范围宽、栅极电流小的优势。在常规结构碳化硅JFET结构基础上加入栅接触区7，通过调整栅极接触区掺杂浓度和退火条件在栅电极8与栅接触区7之间引入整流特性限制栅流，扩大栅极电压范围，利用栅注入载流子感应作用提高沟道导通能力。

【技术实现步骤摘要】
一种具有整流的碳化硅JFET栅结构的制备方法
本专利技术涉及的是一种具有整流作用的碳化硅JFET栅结构的制备方法，属于半导体器件
。
技术介绍
SiC材料禁带宽度大、击穿电场高、饱和漂移速度和热导率大，这些材料优越性能使其成为制作高功率、高频、耐高温、抗辐射器件的理想材料。Sic JFET在大功应用中具有很大价值，这都归功于结型栅具有很高的稳定性，这种稳定性不受M0S结构中栅氧化层可靠性限。 目前限制SiCJFET大范围应用的一个很重要原因是驱动电路的复杂性以及意外开启造成的系统损毁。由于结型栅在栅压超过PN结开启电压后栅电流将会快速层长，因此要求工作栅压要低于PN结导通电压(小于3V)。为了保证器件为常关器件，通常要高于2V开启，因此在导通状态下栅压控制范围一般小于IV，这就严重提高了 SiC JFET器件驱动电路的设计难度以及系统的安全性。 通常欧姆接触栅结构中栅电极电压超过碳化硅PN结开启电压(2.8V)，栅电极注入电流快速增长。由于注入大量第二种载流子造成沟道部分3处感应与注入量相当的第一种载流子，沟道导通电阻下降，导电性得到增强。但由于注入第二种载流子浓度随栅极电压提高过快，器件无法工作在此沟道3增强状态。此外对于沟道3常关型碳化硅JFET器件，开启电压高于0V，栅控范围小于2.8V，栅电极8电压工作范围过小，系统波动情况下易产生意外开启。
技术实现思路
本专利技术提出的是一种具有整流作用的碳化硅JFET栅结构的制备方法，其目的是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，在注入第二种载流子使器件沟道电阻大幅度下降的状态下，仍保证器件正常工作，可避免系统波动情况下易产生意外开启的缺陷。 本专利技术的技术解决方案:一种具有整流作用的碳化硅JFET栅结构的制备方法，包括如下工艺步骤:1)在第一导电类型衬底上生长第一导电类型层；2)通过两组注入分别形成具有第二导电类型的栅接触区和栅极区两部分，栅极区和具有第一导电类型的漂移区和沟道区分别形成PN结； 3)通过欧姆退火实现源电极与沟道区和漏电极与第一导电类型衬底之间的欧姆接触； 4)通过整流栅极接触退火在栅电极和第二导电类型的栅接触区之间形成整流栅接触。 本专利技术的优点:本设计结构采用控制栅接触区7掺杂浓度及退火条件的方法调整栅电极8与栅接触区7之间的势垒，使其具有整流特性，非线性的降低栅极电流随栅极电压的增长速度，使器件在栅极注入载流子时栅极电流保持在可容忍范围内，在沟道区3实际导电宽度达到最大后继续通过栅极注入载流子的方法进一步提高沟道导通性能。此外扩大了栅极电压工作范围(例如图6)，避免了系统波动造成的意外开启。例如图7所示为采用整流栅结构的碳化硅JFET跨导测试结果，在栅极电压高于2.8V后仍能保持较高的跨导。 【附图说明】 附图1是具有整流的碳化硅JFET栅结构示意图。 附图2是本专利技术用于A碳化硅器件结构中的示意图。 附图3是本专利技术用于B碳化硅器件结构中的示意图。 附图4是本专利技术用于C碳化硅器件结构中的示意图。 附图5是本专利技术用于D碳化硅器件结构中的示意图。 附图6是棚极开启电压从2V提闻到6V的不意图。 附图7是采用整流栅结构的碳化硅JFET跨导测试结果示意图。 图中的1是第一导电类型层、2是第一导电类型衬底、3是沟道区、4是漏电极、5是源电极、6是栅极区、7是第二导电类型的栅接触区、8是栅电极、9是A漂移区、10是A衬底、11是A沟道区、12是A源欧姆接触区、13是A漏电极、14是A源电极、15是A栅极区、16是A栅接触区、17是A栅电极、18是B漂移区、19是B衬底、20是B沟道区、21是B源极欧姆接触区、22是B漏电极、23是B源电极、24是B栅极区、25是B栅接触区、26是B栅极区、27是B栅接触区、28是B栅电极、29是C漂移层、30是C衬底、31是C沟道区、32是C源极欧姆接触区、33是C漏电极、34是C栅极区、35是C栅接触区、36是C栅电极、37是C源电极、38是D栅极区、39是D衬底、40是D沟道区、41是D漏欧接触姆区、42是D漏电极、43是D栅极区、44是D栅接触区、45是D栅电极、46是D源极欧姆接触区、47是D源电极、48是D栅接触区、49是D栅电极。 【具体实施方式】 一种具有整流作用的碳化硅JFET栅结构的制备方法，包括如下工艺步骤:1)在第一导电类型衬底2上生长第一导电类型层1;2)通过两组注入分别形成具有第二导电类型的栅接触区7和栅极区6两部分，栅极区6和具有第一导电类型的漂移区1和沟道区3分别形成PN结；3)通过欧姆接触退火实现源电极5与沟道区3和漏电极4与第一导电类型衬底2之间的欧姆接触；4)通过整流栅极接触退火在栅电极8和第二导电类型的栅接触区7之间形成整流栅接触。 所述整流栅的开启电压可控制在2V-20V。 所述第一导电类型是η型，并且其中第二导电类型是ρ型。 所述的栅极区7表面具有1X1016至IX 1018/cm3个原子的掺杂浓度。 所述的栅极形成栅电极8和第二导电类型的栅接触区7整流栅极接触退火温度在600°C 至 900°Co [0021 ] 下面结合附图进一步描述本专利技术的技术解决方案。 如图1所示，在第一导电类型衬底2上连续实现第一导电类型的漂移区1和沟道区3、在漂移层1上通过注入形成第二导电类型的栅接触区7和栅极区6 ;栅极区6与漂移区1和沟道区3同时形成PN结、栅电极8与第二导电类型的栅接触区7之间通过整流栅极接触退火与栅极区6合并实现如图1所示的整流接触栅。 导通电流由漏电极4向源电极5流动，在经过左右栅极区6和第二导电类型的栅接触区7所控制的沟道区3部分被栅极电压所控制。 由栅电极8、第二导电类型的栅接触区7和栅极区6串联形成的整流栅结构取代常规的欧姆接触栅结构。 如图2所示，电流由A漏电极13通过A衬底10和A漂移区9经过A沟道区11到达A源欧姆接触区12和A源电极14由A栅极区15、A栅接触区16和A栅电极17分别组成左右两部分整流栅结构对A沟道区11中电流进行控制。 如图3所示结构，电流由B漏电极22通过B衬底19和B漂移区18经过B沟道20达到B源极欧姆接触区21和B源电极23。 由B栅极区24、B栅接触区25和B栅电极23组成第一部分整流栅结构。 由B栅极区26、B栅接触区27和B栅电极28组成第二部分整流栅结构。 由第一和第二部分整流栅结构共同完成对B沟道区20通过的电流控制。 如图4所示，电流由C漏电极33通过C衬底30和C漂移层29经过C沟道部分31达到C源极欧姆接触区32和C源电极37。 由C栅极区34、C栅接触区35和C栅电极36分别组成左右两部分整流栅结构对C沟道区31内电流进行控制。 如图5所示结构，电流由D漏电极42通过D漏欧姆接触区41经过D沟道区40达到D源极欧姆接触区46和D源电极47。 由D栅极区43、D栅接触区44和D栅电极45组成第一部分整流栅结构。 由C栅极区38、E栅接触区48和E栅电极49组成第二部分整流栅结构。 由第一和第二部分整流栅结构共同完成对D沟道区40内电流的控制。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有整流作用的碳化硅JFET栅结构的制备方法，其特征是包括如下工艺步骤：1）在第一导电类型衬底上生长第一导电类型层；2）通过两组注入分别形成具有第二导电类型的栅接触区和栅极区两部分，栅极区和具有第一导电类型的漂移区和沟道区分别形成PN结；3）通过欧姆退火实现源电极与沟道区和漏电极与第一导电类型衬底之间的欧姆接触；4）通过整流栅极接触退火在栅电极和第二导电类型的栅接触区之间形成整流栅接触。

【技术特征摘要】
1.一种具有整流作用的碳化硅JFET栅结构的制备方法，其特征是包括如下工艺步骤: 1)在第一导电类型衬底上生长第一导电类型层； 2)通过两组注入分别形成具有第二导电类型的栅接触区和栅极区两部分，栅极区和具有第一导电类型的漂移区和沟道区分别形成PN结； 3)通过欧姆退火实现源电极与沟道区和漏电极与第一导电类型衬底之间的欧姆接触； 4)通过整流栅极接触退火在栅电极和第二导电类型的栅接触区之间形成整流栅接触。2.如权利要求1所述的一种具有整流作用的碳化硅JFET栅结构的制备方法，其特征是所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄润华，陶永洪，柏松，陈刚，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32